微波消解ICP－MS同時測定色母粒中多種重金屬元素

周諳非，楊彥麗

(國家食品質量安全監督檢驗中心，北京，100094)

市場上用于食品包裝的塑料制品品種繁多，很多企業為了吸引消費者，使得食品包裝的顏色越來越亮麗。這些漂亮的顏色產生是由于在包裝生產過程中添加了色母。

色母又名色種，是一種新型高分子材料專用著色劑。它由顏料或染料、載體、分散劑和添加劑4種基本要素組成，是把超常量的顏料或染料均勻地載附于樹脂之中而得到的聚集體［1］。但是，一些顏料中本身含有大量重金屬元素，或由于污染物導致攜帶大量重金屬元素，若使用含有這些顏料的色母粒生產食品包裝，在盛放食品，特別是酸性食品時，這些有害元素會由塑料內部遷移到制品的自由表面上，或遷移到相鄰的塑料或溶劑中，導致重金屬元素隨食物進入人體，并蓄積于人體臟器中，對人體造成危害。

近年來，重金屬對人體的危害問題日益受到世界各國的密切關注，很多國家對于與人體接觸的各類塑料產品的生產原材料中重金屬的含量都進行了嚴格控制［2］，并已出臺一些相關法規及檢測方法［3］。而對色母粒中重金屬元素的含量的測定，我國目前尚無相應的標準方法。本文采用微波消解ICP-MS進行元素分析，其線性范圍寬，基體干擾小，靈敏度高，方法快速準確，是一種較為理想的分析方法。

1 儀器與試劑

1.1 儀器

電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)，Agilent 7500a(安捷倫公司，美國);霧化器，Babington高鹽霧化器;霧化室，石英雙通道，Peltier半導體控溫于(2±0.1)℃;炬管，石英一體化，2.5 mm中心通道;樣品錐(鎳采樣錐和截取錐)，采樣錐孔徑1.0 mm，截取錐孔徑0.4 mm;微波消解儀，CEM MARS5(CEM公司，美國)，包括微波爐，聚四氟乙烯高壓消解罐及固定架，具有可編程功能，并可在消解過程中進行壓力及溫度監控;Milli－Q超純水系統(密理博公司，美國)。

氬氣(市售，純度不低于99.999%)。

1.2 主要試劑

HNO3，MOS級(默克公司，德國);體積分數5%HNO3，由MOS級HNO3與超純水配得;雙氧水(H2O2)，GR級(北京化工廠);鉛、砷、銅、鎘單元素標準儲備液，濃度均為1 000 mg/L(國家標準物質研究中心);標準調諧溶液，濃度為10.0 μg/L的Li、Y、Ce、Tl、Co 混合標準溶液(5%HNO3介質)(Agilent，Part#5184 －3566)。

在線內標溶液:由濃度為1.0 mg/L的 Li、Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi(Agilent，Part#5183 －4680)及濃度為1 000 mg/L的Rh單元素標準儲備液(國家鋼鐵研究總院)混合配制，介質為5%硝酸);標準溶液系列由標準儲備液逐級稀釋配制，介質為5%硝酸;超純水，電阻率≥18.2(MΩ·cm)，由Milli-Q超純水系統制得;成分分析標準物質:聚丙烯塑料標準物質ERM EC680和 ERM EC681。

2 實驗方法

2.1 樣品前處理

準確稱取制備均勻的色母粒樣品0.3～0.5 g(準確至0.000 1 g)于酸煮洗凈的PTFE(聚四氟乙烯)高壓消解罐中，加入5.0 mL濃HNO3和2.0 mL H2O2。按照優化的微波消解程序進行樣品消解。消解完畢，冷卻至室溫，將樣品消解液以超純水少量多次轉移至100 mL比色管中，定容至刻度，搖勻，待測。(若消解液中殘渣較多，則需沉降30 min后再進行測定。)

以同樣方法做試劑空白。

2.2 標準曲線配制

以5%硝酸溶液將鉛、砷、銅、鎘等元素的標準儲備液分別逐級稀釋，最終配制成鉛、砷、鎘元素濃度分別為 5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L，銅元素濃度分別為50.0、100.0、200.0、500.0 μg/L 的混合標準溶液系列。

2.3 儀器工作條件

射頻功率、載氣流速、采樣深度等是ICP-MS的重要工作參數。工作條件優化實驗以靈敏度、信背比和分辨率等為考察指標，采集10.0 mg/L標準調諧溶液 (Agilent，Part#5184－3566)，對儀器條件進行了自動優化。具體工作參數如表1所示。

表1 儀器工作條件

2.4 樣品的測試

在優化的儀器工作條件下，利用Y混合器在線加入內標溶液，以5%硝酸溶液作為空白，采集空白及混合標準溶液系列，儀器自動繪制標準曲線;同樣以內標溶液在線加入的方式對樣品空白溶液及消解液進行測定。

3 結果與討論

3.1 樣品前處理方法的選擇

微波消解是近年來發展較快的一種高效的樣品預處理技術。它采用全密封的聚四氟乙烯消化罐高溫高壓消化，即樣品在密閉容器中較高壓力、溫度、強酸和氧化劑作用下通過微波加熱使樣品高效快速消解。此方法具有樣品消解快，試劑消耗少，空白值低，消化過程無玷污，回收完全等優點，基本避免了樣品污染和元素損失，保證了測定結果的準確可靠。一次消解可以滿足多種元素測定，是目前理想、成熟的樣品前處理方法［4］。

由于色母粒基體中含有大量的發色物質及樹脂等高分子成分，采用一般的混酸濕法消解及微波中壓消解，不能徹底將這些大分子有機物破壞，使得待測元素被包裹于基體中，無法達到待測元素與基體完全分離，造成測定結果偏低。本實驗采用高壓密閉微波消解罐進行消解，取得了較為理想的效果。所用微波消解程序如表2所示。

表2 微波消解程序

3.2 實際樣品的測定

按2實驗方法，對表3所列2種色母粒樣品中鉛、砷、銅、鎘等元素的含量進行了測定。結果如表3所示。

表3 色母粒樣品的測定結果(n=7) mg/kg

3.3 樣品加標回收實驗

分別取上述色母粒樣品作為本底，進行各個元素加標回收測定。其中，鉛元素加標量為6.00 mg/kg，砷元素加標量為1.00 mg/kg，銅元素的加標量為50 mg/kg，鎘元素加標量為2.00 mg/kg。測定結果見表4。

表4 樣品加標回收實驗(n=7)

3.4 方法檢出限

在優化的實驗條件下，取樣品的試劑空白溶液，進行11次平行測定，計算出各元素的檢出限，其結果如表5所示。

表5 方法檢出限 μg/kg

3.5 標準物質的分析

為了進一步驗證方法的準確性及可靠性，分別于不同時間，取聚丙烯塑料標準物質ERM EC680和ERM EC681，按照表2所示的微波消解程序進行樣品前處理并進行了測定。與其參考值相比較，符合性較好，且其重現性也較為滿意(見表6)。

表6 標準物質的分析(n=7)

［1］ 色母粒專題［J］．中國塑料，2008，22(10):100－103.

［2］ 王巖，韋璐，靳春林，等.塑料原料中有害重金屬鉛、鎘、汞的測定［J］．工程塑料應用，2004，32(9):50－53.

［3］ 劉崇華，曾嘉欣，鐘志光，等.電感耦合等離子體原子發射光譜法測定塑料及其制品中鉛、汞、鉻、鎘、鋇、砷［J］．檢驗檢疫科學，2007，17(4):32－35.

［4］ 李燕群.原子吸收光譜法在重金屬鉛鎘分析中的應用［J］．冶金分析，2008，28(6):33－41.